油水分离膜表面结构可控合成及性能研究

石油开采过程中会产生大量的油水混合物,每天生产生活中也会产生大量含油废水,如何处理这些油水混合物,是环境保护和可持续发展的重大需求。针对含油量较高的油水混合物,本工作制备了疏水-超亲油分离膜。以机械性能较好的泡沫镍为过滤基体,采用电沉积方法,在泡沫镍表面沉积铜颗粒,构筑亲油疏水表面。研究了沉积电位和沉积时间对表面结构的影响,并测试了分离膜表面结构、表面粗糙度及水滴在膜表面的接触角,并对所制备的分离膜进行油水分离性能测试和多次循环的稳定性测试。结果表明,所制备的分离膜具有良好的循环分离性能,对于油水混合物循环十次后分离效率仍在90%以上。本研究为高效油水分离膜材料开发提供了新思路,并拓展了电化学表面改性的应用领域。     

PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜油水分离性能研究

稀土萃取分离生产过程中会产生大量的含油废水亟待处理，超亲水-水下超疏油过滤膜为稀土冶炼含油废水带来了新的解决方案。以过滤棉为基材，以富含羟基的聚乙烯醇(PVA)与亲水的纳米二氧化硅溶胶为前驱体，以戊二醛为交联剂制备了PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜。接触角测试表明，在空气介质中对水的接触角为0°，在水介质中对油的接触角为155.3°，具备优良的超亲水-水下超疏油性能。对制备的PVA型超亲水-水下超疏油过滤膜进行油水分离实验发现，3次重复实验过滤膜的平均油水分离率为97.5%，膜通量为11.89 L/(m²·s)，经30次油水分离循环测试，该过滤膜仍具有95.3%的油水分离率和11.06 L/(m²·s)的膜通量，展现了较好的耐久性和稳定性，具有一定的工业推广应用前景。     

耐腐蚀超疏水超亲油不锈钢网的制备及其在油水分离过程中的应用

以不锈钢网为基底,通过化学刻蚀法制备微米级粗糙表面,通过一步浸泡法将st9ber法制得的疏水亲油纳米Si O2颗粒沉积到粗糙的不锈钢网表面,制备了具有微纳二级粗糙结构的超疏水超亲油不锈钢网。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和接触角测量仪(CA)表征了超疏水超亲油不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性能,并将其用于油水分离过程中。结果表明,疏水亲油纳米Si O2颗粒成功的沉积到不锈钢网表面;水滴在超疏水超亲油不锈钢网上的接触角最大为151°,煤油的接触角为0°;制备的超疏水超亲油不锈钢网不仅能高效的分离不同种类油和水的混合物,还能高效的分离油和腐蚀性液体(强酸或强碱水溶液)的混合物,其耐腐蚀特性可满足复杂环境下的油水分离要求。     

超疏水铜网的制备及其油水分离应用

通过简单方法制备稳定可进行油水分离的超疏水铜网。将β-巯基乙醇与三氟乙酸酐通过条件温和的酯化反应合成三氟乙酸巯基乙酯,通过一步浸泡法将其修饰到铜网表面,成功制备出超疏水超亲油铜网。按照参数重要性,分别探究了溶液配比、酯化反应温度、修饰时间等对铜网超疏水性能的影响。通过SEM、静态接触角测量仪对制备的超疏水铜网表面形貌、接触角进行表征,最终得出溶液配比为3:1(三氟乙酸酐:β-巯基乙醇),反应温度40℃,修饰时间10 h的最佳条件。制得铜网具有微纳米复合结构,与水接触角达到152.8°;基于制备的超疏水铜网,组装了油水分离装置,对铜网的油水分离效果进行了测试。结果表明,油水分离效率达到98.5%。     

基于超疏水超亲油铜网的小型浮油分离器的制备和性能

以紫铜网为原料,使用硝酸银水溶液浸泡法在铜网表面形成亚微米级粗糙结构,然后使用正十二硫醇修饰降低表面能后得到了具有超疏水超亲油性能的铜网样品。使用扫描电镜观察了样品表面的微观形貌,使用X射线光电子能谱分析了样品表面的化学组成。将超疏水超亲油铜网折叠成方形小盒后得到了一种简单的小型浮油分离器并研究了其对水面浮油的分离能力。结果发现这种小型油水分离器能够实现对水面浮油的高选择性、高速和高效率分离,10次分离循环后其分离效率仍高达93%,具有优异的重复性分离能力,并能实现浮油回收。另外,超疏水超亲油铜网材料具有优异的化学稳定性,能够长期与油类物质和模拟海水接触,且能承受18.9 cm的水柱压力。     

自清洁型超疏水铜网的制备及其油水分离性能

利用碱液氧化法在铜网上生长纳米针状粗糙结构,并枝接具有pH响应性的低表面能长链硫醇分子,制备了空气中超疏水超亲油、碱性溶液中超亲水水下超疏油金属铜网。对改性金属网的表面结构、接触角、粘附力等性能进行表征。结果表明,亲水硫醇分子所占比例为20%时,改性铜网在空气中水的接触角为154.12°,粘附力为0.025 mN,对油的接触角为0°,改性铜网表面油滴在pH为12的溶液中能够自动脱附,针对不同种类油滴的油水混合物进行分离,分离效率在95%左右,并且重复使用10次后分离效率依然保持在90%以上。     

漆酚与Fe3O4协同超疏水改性三聚氰胺海绵用于高效油水分离

含油污水对生态环境造成了极大破坏,油水分离已成为亟待解决的环保难题。为了解决油水分离问题,通过简单浸涂法将纳米Fe₃O₄和漆酚协同修饰于两亲性三聚氰胺海绵(MS)表面,改性所得漆酚-Fe₃O₄-漆酚三聚氰胺海绵(UFeU-MS)材料实现了海绵基底从超亲水-超亲油到超疏水-超亲油的转换。由于漆酚含有邻苯二酚基团与15～17碳长烷基链,一方面使用一定浓度漆酚将Fe₃O₄与海绵进行黏附;另一方面借助长烷基链降低海绵表面能。通过对UFeU-MS进行表征分析验证,其表面水接触角高达160.9°±1.8°,满足超疏水-超亲油的要求;吸收有机溶剂和油类物质的质量大于其自身的21倍,10次吸附-解吸循环分离效率可以保持在97.77%;经不同pH溶液浸泡水接触角可以保持在147°以上,也适应于酸碱环境的油水分离。饱和吸附后的海绵既可经过简单的物理挤压回收溶剂,也可通过外加磁场远程回收。     

超疏水铜网的低成本制备及油水分离应用研究

以铜网为基底,采用氧化法构筑微纳米粗糙结构表面,并用廉价无氟低表面能物质硬脂酸进行修饰,制备了具有超疏水特性的铜网。考察了制备条件对铜网疏水性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、接触角测试仪等对所得超疏水铜网表面的形貌、化学组成及浸润性等进行表征,同时探讨超疏水铜网在油水分离中的应用效果。结果表明,所制备的铜网表面具有超疏水特性,接触角为155°,成功应用于油水混合液的分离,油水分离效率达到了95.17%。     

超疏水材料在油水分离中的研究进展

石油工业产生的采出水对环境是一个重大的问题,也是对水资源的一种浪费。油田采出水中存在大量的油,为了保护环境和节约水资源,我们可以对其进行回收再利用。受到大自然的启发,仿生超疏水材料应用到了油水分离领域。在这篇综述中,主要关注在油水分离应用中超疏水材料的研究进展。基本上都是通过对表面化学成分和表面形貌之间的协同作用实现基材的超疏水特性。将超疏水材料根据其除油方式的不同分为超疏水过滤材料和超疏水吸附材料两大类,并分别展开详细的介绍了超疏水过滤材料的各种基材包括金属网、纺织物、聚合物膜等,超疏水吸附材料的各种基材如粉末颗粒、海绵泡沫、气凝胶等,简单的介绍了材料的制备方式,油水分离的效率以及各种材料的优势、劣势。最后总结了过滤材料和吸附材料在油水分离领域中存在的一些挑战,并对未来发展方向进行了展望。     

疏水性油水分离膜及其过程研究进展

油水分离是治理含油废水和含水油液的重要工业过程。本文概括了疏水性油水分离膜的类型与制备方法,包括常规分离膜和高度疏水/超亲油分离膜。前者为常规微滤、超滤及纳滤过程用膜;后者由构筑高度疏水（水滴接触角≥120°）表面方法得到,形式有金属网膜、纤维膜、滤纸、复合膜及不对称膜,其为制备耐污染的疏水性油水分离膜提供了新思路。指出了疏水性膜用于油水分离的过程原理及应用现状：含油废水除油中,疏水性膜可实现O/W乳液的破乳、粗粒化油滴、滤除油滴及吸附油分子几方面的功能;含水油液除水中,膜被用来截留水滴,可直接得到净化的油品。最后,指出了其过程规模化应用前尚需解决的重要问题,特别是高度疏水/超亲油分离膜的制备、相关过程研究的深入及其规模化试验等方面需着力加强。     

超疏水三维多孔材料在乳化液油水分离中的应用研究进展

超疏水三维多孔材料基于润湿性和毛细作用可有效吸附回收水中浮油,近年来在乳化液的油水分离中也得到应用。本文重点从超疏水三维多孔材料的设计制备、对乳化液的油水分离效果、油滴在材料中的分离机制3个方面展开分析与评价。文中指出：材料设计制备方面,以海绵为主的多孔材料主要通过修饰低表面能物质和构建粗糙结构获得超亲油疏水性,疏水改性后的材料具备较高的油吸附容量（31～131g/g）。乳化液油水分离评价方面,超疏水三维多孔材料处理的对象多为O/W模型乳化液,油浓度低、表面活性剂浓度低、液滴粒径为微米级,少见对实际乳化液的处理;应用方式包括基于吸附作用的浸泡处理和吸附协同拦截作用的过滤处理两类;分析发现影响油水分离效果的关键是材料的孔径、表面疏水性和带电性。作用机制方面,疏水多孔材料吸附乳化油的作用过程仍停留在理论推测层面,主要观点为材料通过笼状孔道结构和疏水表面高效捕集和吸附油滴,油滴聚并破乳形成油层而被分离。虽然超疏水三维多孔材料在乳化液油水分离应用研究中取得了一定进展,但仍需探究其对实际废乳化液的适用性,设计开发连续分离设备以实现工程应用;结合原位观测、数值模拟、力学解析等方法解析油滴在多孔材料中的迁移转化规律和关键环节,以揭示其作用机制。     

一种磁性-超疏水棉纤维的制备及性能

首先,将棉纤维浸泡在含有盐酸多巴胺(DA)和纳米Fe3O4的Tris-HCl缓冲溶液中制备得到聚多巴胺(PDA)-Fe3O4磁性棉纤维.其次,用十二烷基三乙氧基硅烷(DTES)在碱性的乙醇水溶液中对PDA-Fe3O4磁性棉纤维进一步改性,得到DTES-PDA-Fe3O4磁性-超疏水棉纤维.采用FTIR、XRD、TG、SEM、EDS、AFM、水接触角测量仪对改性前后棉纤维的化学组成、表面微观结构、疏水性能进行表征;测试了改性棉纤维分离效率、吸附性能.结果表明:DTES-PDA-Fe3O4改性棉纤维具有微/纳米尺寸粗糙结构;具有优异的超疏水性和磁性,水接触角大于160°;该棉纤维可重复使用且具有超高选择吸附性能和油水分离性能,可吸附自身质量8.96倍的氯仿,对氯仿油水混合液分离效率大于98.90％,可应用于生产生活中含油废水的处理.     

基于全氟硅烷/烷基SiO2协同效应的PTFE中空纤维膜表面超疏水改性研究

在聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜表面构建超疏水结构,有利于突破其在膜蒸馏、膜吸收等疏水膜应用过程中膜润湿的技术瓶颈。以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体,水解-缩合制备疏水性烷基Si O_2纳米粒子,通过浸涂的方式将烷基Si O_2纳米粒子沉积组装到PTFE中空纤维膜表面;进一步应用全氟癸基三乙氧基硅烷对烷基Si O_2纳米粒子进行低表面能修饰,构建膜表面超疏水结构,制备具有超疏水性能的PTFE中空纤维膜。考察了烷基Si O_2纳米粒子制备时间、前驱体MTES和TEOS的体积比R、不同质量分数的全氟癸基三乙氧基硅烷溶液对PTFE中空纤维膜表面疏水性能和微孔结构的影响。结果表明,当烷基Si O_2纳米粒子制备时长为48 h,前驱体体积比R为4时,膜表面静态水接触角(WCA)出现最大值;当使用3%的全氟癸基三乙氧基硅烷溶液为表面修饰剂时,膜表面接触角最大可达154°,疏水效果达到最佳。     

疏水亲油分离膜的润湿性研究进展

疏水亲油分离膜通过透过油相、截留水相而实现油水分离过程，它具有绿色、高效、易于工业放大等特点，在环境保护、水处理、有机液体分离与回收等领域具有广阔的应用前景，已成为膜科学与技术领域的研发热点。本文回顾了润湿方程的发展历史，介绍了表面润湿性和孔径的协同作用对膜分离过程的影响，讨论了疏水亲油分离膜的设计策略，包括在低表面能材料的表面构建粗糙或微纳米结构和使用低表面能材料对粗糙表面进行疏水改性。最后，对疏水亲油分离膜的发展趋势进行了展望，今后需进一步完善表面浸润理论，开发易于工业生产的制膜方法，探究疏水亲油分离膜对复杂油水混合物（如高黏度、多组分）的分离效果。     

超亲水/水下超疏油铜基网膜的制备及油水分离实验

本文以紫铜网为基底,通过溶液浸泡法制备了具有超亲水/水下超疏油性质的油水分离网膜。通过扫描电子显微镜分析铜网的表面形态,图像显示网膜表面均匀生长着密集分布的树枝状微米线粗糙结构,径向排列,层层堆叠。通过接触角测量仪分析润湿性质,水滴在铜网表面的接触角为0°,水中的油滴接触角大于155°,说明铜网在空气中具有超亲水性,在水下具有超疏油性。通过油水分离实验,发现铜网仅在重力作用下即可高效分离不同种类的油水混合液,分离效率超过90%。网膜可重复使用,易于清洁。     

超亲水天然多酚改性膜的制备及其油水分离性能

为研发绿色环保、制备工艺简单的油水分离材料，以单宁酸(TA)和聚乙二醇(PEG)为改性剂，聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底，通过简单浸渍法，制备了超亲水复合膜(TAPE膜)。采用SEM、AFM、FTIR、XPS和接触角测定仪对TAPE膜进行了表征和分析，并考察了TAPE膜的油水分离性能、耐磨性能和稳定性。结果表明，TAPE膜具有多孔微纳米粗糙结构，当TA含量为蒸馏水质量的1.75%时，该膜的水接触角和水下油接触角分别为0°和156°，表现出超亲水性和水下超疏油性。在0.09 MPa工作压力下，TAPE膜分离水包油乳液的膜通量为1146.4 L/(m²·h)，是原始PVDF膜的30倍，该膜对油水混合液和水包油乳液的分离效率均可达99.9%。此外，TAPE膜具有良好的稳定性，膜表面经砂纸(320目)磨损(100 g载重)25次后水接触角仍高达152°。     

室温下ZnO超疏水表面的制备及其油水分离性能

利用简便的液相法,在室温下于不锈钢网上沉积ZnO纳米片和纳米花粗糙结构,接着通过浸渍硬脂酸制备了超疏水不锈钢网。对沉积后的不锈钢网表面形貌、晶体结构、润湿性能、耐磨性能、油水分离性能等进行表征与测定。结果表明,该不锈钢网表面由纳米片和纳米花组成的微纳米结构ZnO构成,具有超疏水性,水接触角为161°;油水分离效率达98.3%;具有良好的机械耐磨性;循环使用20次后分离效率仍保持在95.5%以上;在高盐环境中表现出化学稳定性。     

超亲水/水下超疏油膜的制备及油水分离性能

工业生产和频繁的溢油事故产生大量的含油废水,其高效分离依然面临全球性的挑战。具有仿生浸润特性的膜可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。本文通过一步浸渍法将TiO₂纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）原位固化到不锈钢网上制备了具有微/纳米层级结构的超亲水/水下超疏油油水分离膜。重点考察了TiO₂/PVP涂覆液浓度（质量分数1%、3%、5%、7%、9%）对膜的浸润特性和油水分离性能的影响。实验结果表明,不同TiO₂/PVP浓度改性的膜具有超亲水/水下超疏油特性,水的接触角均为0°,在水中油的接触角达160°,油水分离效率大于99.5%。膜通量随浓度的增大先减小后增加,当质量分数为3%时膜通量最大为8422.5L/（m²·h）。经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO₂/PVP-SS （stainless steel）膜有良好的耐久性和稳定性。因此,TiO₂/PVP-SS仿生特殊浸润膜材料在油水分离领域具有经济、高效、环境友好的潜在优势。     

基于超疏水金属微孔薄板的油水分离数值模拟

通过超疏水金属微孔板的油水分离技术,能解决油水的绿色、高效地分离的难题。首先,简化超疏水微孔薄板表面微观结构,模拟静置油水分离过程,以及不同输出水流速度冲击超疏水表面。在此基础上,研究压力和微孔孔径对油水分离和流体动能对超疏水表面的影响。结果表明,压力不断增大,水流最终会穿过超疏水微孔板;水与超疏水微孔薄板间产生气垫,有利于增大油滴润湿面积,加快油水分离速度,气垫厚度随着微孔孔径的增大而减小;输出水流速度增大,动能增大,水流能通过微孔。     

粉煤灰超疏水不锈钢网的制备及油水分离

采用树脂粘接法,将硬脂酸修饰后的粉煤灰用环氧树脂粘接在不锈钢网骨架表面,制备了超疏水不锈钢网,并对其进行了TEM、SEM、FTIR和接触角等表征。结果显示,在高倍显微镜下改性后的超疏水不锈钢网表面呈一定粗糙度的微纳米分级结构,静态水接触角高达153°。此外,该超疏水不锈钢网具有良好的机械稳定性和超疏水耐久性,其表面经机械磨损100次后水静态接触角仍高达141°。该材料用于多种油/有机溶剂与水混合液的分离中,分离效率均高于94%。